電力電子技術在新能源汽車專業教學過程中的難度分析及改善措施

梅永振 宮濤 劉良 吳沉 卿龍 羅美琴 梅容芳 劉福華

宜賓職業技術學院汽車與軌道交通學院 四川省宜賓市 644099

1 引言

隨著全球能源短缺、環境污染等問題的日益突出，具有節能、環保等優點的新能源汽車應運而生，加之近幾年來，在政策上，國家大力支持新能源汽車相關核心技術的研發，向新能源汽車相關企業提供政策支持，為購買新能源汽車的消費者給予一定的購車補貼，新能源汽車得到了快速發展。為了滿足企業對專業 技術人才的需求，各本科高校在原有的車輛工程專業中陸續開設了新能源汽車技術專業方向，各高職高專院校在原有的汽車運用與維修技術專業的基礎上新增了新能源汽車技術專業，以滿足社會對新能源汽車專業技術人才的需求。

新能源汽車相對傳統汽車而言，除了動力來源由原來的汽油（柴油）變為了現在的動力電池之外，新能源汽車的正常運行及各功能的實現更多的依賴電力電子技術，其中對能夠承受高電壓、大電流的電力電子器件的依賴程度更高，新能源汽車的四大核心技術：驅動電機、電機控制器、高壓電池及整車輕量化，其中前三項的正常工作離不開電力電子技術的支撐，模塊內部電壓的轉化、能量的流通均由電力電子器件來完成，比如動力電池向驅動電機提供能量時，其中必須經過由電力電子器件組成的逆變電路，將動力電池中的直流電轉換為交流電；通過慢充形式（民用220V交流電）向電動汽車進行充電時，其中必須經過由電力電子器件組成的整流電路，將民用交流電轉換為直流電；在電動汽車運行過程中，動力電池需向整車低壓設備及蓄電池進行供電，其中也必須經過由電力電子器件組成的降壓型直流/ 直流（DC/DC）轉換裝置來實現。因此，電力電子技術對于新能源汽車的正常運行起著至關重要的作用，作為新能源汽車技術專業的學生，電力電子技術也是一門必修的課程。

電力電子技術是基于電路、電子技術和高等數學為基礎的一門專業必修課程，也是新能源汽車技術專業核心課程的基礎課程，然而由于該門課程定性分析較難、定量計算較多，與強電相關，具有一定的危險性，加之對前序課程電路、電子技術及高等數學的要求較高，在實際高等職業院校層次教學工作中，該門課程的教學效果欠佳，學生對知識點的掌握程度不夠深入，對后續專業核心課程的學習，造成了一定程度的困擾，本文基于以上問題，結合自身的教學實踐，詳細分析了電力電子技術在新能源汽車技術專業教學中所遇到的各種問題，并給出了相應的解決措施。

2 電力電子技術在新能源汽車技術專業中的教學情況分析

本部分主要涉及電力電子技術在實際教學過程中所遇到的各種問題，并加以分析，主要從生源情況、專業基礎課程開設情況、高等數學等公共基礎課程開設情況、教學方式及課程本身特殊性等方面展開問題分析，并給出相應的改善措施。

2.1 生源情況

隨著社會經濟的快速發展，社會對工科畢業生的需求量越來越大，高等專科學校或高等職業院校原有的人才培養模式及規模已不能滿足近年來社會對工科技能型人才的需求，在國家政策的支持下，高等職業院校逐步加大了招生計劃，為了進一步滿足經濟社會的發展需要，多數高職工科專業招生報考條件由原來的只招理科生源已經演變為文科、理科均可，以川南地區某高職院校2019 級新能源汽車專業為例，該校2019 年新能源汽車專業共錄取新生183 人（含單獨招生），其中文考考生95 人，被錄取的新生為文科考生的比例超過了一半，如圖1 所示。

圖1 文、理科生源情況

經了解，上述考生中文科考生在高中階段物理的學習時間為一學年的只有61 人，高中階段物理的學習時間為一學期的高達34 人，如圖2 所示，對于電學部分，文科考生基本沒有相應的基礎知識積累，這就造成文科考生報考汽車專業，進入大學后，對于和物理相關的課程的學習造成很大的困難，這也直接導致了對物理要求特別高的電力電子技術課程的授課效果欠佳。

圖2 高中階段物理的學習時長

考慮教學效果及高中階段學生類別情況，在制定人才培養方案時，適當調整文科生源的基礎課程，在保證課程進度的同時，適當增加高中階段物理電學部分課程內容，以更好地為電力電子技術課程的學習提供扎實的理論基礎。

2.2 專業基礎課程開設情況

專業基礎課程的開設情況直接影響后續專業核心課程的學習，電力電子技術的前序課程主要為電路、模擬電子技術及數字電子技術，由于這三門課程計算較多、難度較大，而高職院校學制較短，培養目標偏重應用，因此，大多院校將三門課程在內容和難度上做了調整，以少學時、項目化的形式將三門課程融合為電工電子基礎這門課程進行開設，電工電子技術課程是高等職業院校中機械、電氣、電子、汽車等工科專業人才培養方案中的必開專業基礎課程之一，各高職院校也非常重視電工電子技術課程，對于電路的結構、定性分析、定量計算及應用均進行了詳細的普及。

電工電子技術是一門機電相關專業的基礎課程，對于新能源汽車專業，在實際的授課過程中，缺乏一定的針對性，比如，該門課程通常為非汽車專業的老師進行授課，講授的課程內容具有普遍性，甚至授課內容與機電一體化專業、電氣自動化專業、數控技術專業一致，缺少汽車專業方面的應用舉例，缺乏電工電子技術與汽車電路的緊密結合。

在人培養方案制定時，將承擔專業核心課程的骨干老師作為電工電子技術課程的負責人或主講教師，將電工電子技術在汽車電路中的體現講解清楚，以做到電工電子技術課程緊密切合汽車專業教學，提高專業基礎課程的授課針對性及緊密性，切實達到專業基礎課程為專業核心課程服務的良好效果。

2.3 高等數學等公共基礎課程開設情況

高等數學、線性代數等公共課程的開設情況直接影響專業課程的學習效果，尤其像含有大量計算的專業課程，如電力電子技術課程，因此，必須將高等數學納入工科專業人才培養計劃中，并充分保證高等數學的授課學時，協調好高等數學與專業課程的開課順利，確保高等數學起到服務于專業課的效果。

目前，汽車專業的人才培養方案中都保留了數學課程，課程名字大致分為微積分、高等數學、工程數學三類，從專業課的學習方面來講，微積分、高等數學對后續專業課程的學習更有益，對于解決專業課程中所涉及的微分方程或積分方程更有幫助。對于一些高校選擇開設工程數學，工程數學主要為線性代數，主要討論方程組的解法，對后期專業課程學習的幫助不是很大，在開設高等數學的高校中，其中大多數高校，在開課順序上安排不夠合理，比如，多數高等職業院校，高等數學與電工電子技術在第一學期同時開課，造成數學的進度趕不上專業課程學習的進度；也有部分高等職業院校，由于學校逐年擴招，造成高等數學教師缺乏，導致第一學期應該開設高等數學課程的專業無法開設，推至第二學期進行補開高等數學，嚴重影響了專業課程的學習，造成學生學習上的困惑，沒有充分體現高等數學課程作為基礎課程對專業課程學習的服務作用。

為充分體現高等數學對專業課程學習的服務作用，建議在制定人才培養方案時，將高等數學提前開設，電工電子技術課程滯后開課，比如，第一學期課程中，高等數學在新生軍訓結束后開課，電工電子技術滯后三到四周再開課，以便高等數學所講的微分、積分直接應用到電工電子技術課程中，提高專業課程的學習效果。

2.4 專業課的教學模式

在高等職業院校中，電力電子技術課程的授課形式和其他工科專業的專業課程的授課模式基本一致，大致采用“理論講授+實驗/ 實訓”或者“理實一體化”兩種教學模式，“理論講授+實驗/ 實訓”的授課模式是教師先在理論教室先進行講解授課內容，后續再安排學生到實驗室或者實訓車間做實驗，理論內容講授和實驗、實踐在時間上是單獨進行的；“理實一體化”教學模式是教師在實驗室或者實訓車間通過多媒體展示、教學儀器或者教學設備的使用，同一時間進行理論內容講解和實操演練的教學模式，學生在理論內容講解中看到了實操演練，在實操演練的同時也加強了對理論知識的理解。

對比兩種教學模式，由于“理論講授+實驗/ 實訓”的授課模式在理論內容講解與實驗實踐是不同步的，可能造成學生在實驗時而忘記了理論內容，導致實驗失敗，同時在抽象又復雜的理論學習中，因缺乏直觀、清楚的實驗，而阻礙對理論知識的正確理解；相比而言，“理實一體化”教學模式對教學效果的提高更有效，避免在單獨講授理論知識時，由于內容涉及計算公式過多或較抽象難以理解而導致學生聽不懂、甚至放棄課程學習，致使教學效果欠佳。

在今后制定人才培養方案和電力電子技術課程授課計劃時，電力電子技術課程及其他專業課程的教學場所全部改為實驗室或者實訓車間，電力電子技術課程及其他專業課程的授課方式全部采用“理實一體化”的教學模式，改善學生的學習情況，加深學生對知識點的理解，同時加強學生的實操能力，做到理論和實踐的有效結合，以提高教學效果。

2.5 電力電子技術課程本身的特殊性

電力電子技術主要講解能夠承受高電壓、大電流的大功率型器件，該大功率型器件主要應用于新能源汽車上的車載充電機、電機控制器、DC/DC 變換器及高壓配電裝置等，正常工作時，其電壓高達400-500V，遠遠高于人所能承受的安全電壓（交流電25V、直流電60V），因此，電力電子技術這門課程在實驗實訓時，具有一定的安全隱患，主要表現為以下幾個方面：

（1）目前，對于大多數高等職業院校的實訓場地，其安全防范還有一定的問題，高壓實訓工位的布置不夠完善，安全警示牌、警戒線布置不規范，甚至沒有布置，對于拆裝新能源汽車上的電力電子裝置，存在不鋪設絕緣墊，安全帽及絕緣手套配置數量不夠，甚至部分絕緣手套出現破損現象，對于開展實訓、實驗帶來一定的安全風險。

（2）在進行新能源汽車整車電力電子裝置實驗、實訓時，多數高等職業院校采用任課教師獨立完成實驗、實訓，在課程安排上沒有考慮電力電子技術課程的特殊性，建議在進行新能源汽車上電力電子裝置實驗時，安排一名輔助教師，以保證高壓帶電實操時不發生安全事故。

（3）高壓帶電操作時，一般要求作業人員需要持有高壓帶電操作電工證，對于高等職業院校的學生來說，對口生源的學生可能也只有部分在中職學習階段獲得了電工證，但基本是都沒有考取高壓電工操作證的，因此，在整車上直接進行電力電子裝置實驗、實訓，具有一定的危險性，建議在電力電子技術課程開設前，增加高壓電安全操作規范及相關注意事項安全培訓，以杜絕安全事故的發生。

3 結論

電力電子技術課程作為新能源汽車專業的專業課程之一，起著承上啟下的作用，對后續專業核心課程的學習提供必不可少的理論基礎，本文結合自身教學實踐，詳細分析了電力電子技術在新能源汽車技術專業教學中所遇到的各種問題，并給出了相應的解決措施：

（1）考慮生源類別對教學效果的影響，在制定人才培養方案時，適當調整文科生源（含對口生源）的基礎課程，增加高中階段的數學和物理課程中的電學內容，以更好地為專業課的學習提供理論基礎。

（2）培養前序專業基礎課程的專業師資，以做到電工電子技術緊密切合汽車專業教學，提高專業課程的授課針對性和緊密性，切實達到專業基礎課程為專業核心課程服務的良好效果。

（3）調整高等數學開設順序，使高等數學的進度跟上或者超前專業課程的進度，以更好的服務專業課程的學習，提高專業課程的教學效果。

（4）專業課程的教學場所調整為實驗室或者實訓車間，專業課程的授課方式建議采用“理實一體化”的教學模式，做到理論和實踐的有效結合，以提高教學效果。

（5）考慮電力電子技術課程本身的特殊性，建議在電力電子技術課程開設前，增加高壓電操作規范相關安全培訓；在整車上進行電力電子裝置實驗、實訓時，安排一名輔助教師，以保證高壓帶電實操時不發生安全事故。